Значение катализаторов в процессах получения синтез-газа из углеродсодержащего сырья?

Синтез-газ (смесь H2 и CO) является исходным сырьем для производства многих химических и нефтехимических продуктов (метанол и другие оксигенаты, продукты синтеза Фишера-Тропша), а также используется для восстановления железной руды. Преобладающим сырьем для производства синтез-газа по-прежнему остаются природный газ и легкие углеводороды. Основным методом переработки природного газа является паровая конверсия метана:

СН4 + Н2О 3 Н2 + СО

Скорость реакции взаимодействия метана с водяным паром, т. е. количество метана, прореагировавшего в единицу времени, в отсутствие катализатора очень мала. Так, при нагревании смеси метана с водяным паром до 700°С и соотношении

СН4: H2O = 1: 2 в течение 3 ч только 3% метана превращается в водород.

Для получения газа, содержащего 0,5% метана, требуется повысить температуру до 1400°С. В производственных условиях конверсия метана должна протекать в течение долей секунды, что достигается путем применения катализаторов.

В качестве катализаторов конверсии используют никель, нанесенный на пористый носитель. Содержание никеля в катализаторе может колебаться в широких пределах — от 4 до 35% (масс.). Наиболее стабильными катализаторами для широкого диапазона температур конверсии и работы в экстремальных условиях являются катализаторы, носители для которых не содержат SiО2, главной их основой является -Аl2О3 (корунд). В качестве активаторов в них могут содержаться оксиды кальция, титана, магния, хрома. Внутренняя поверхность таких катализаторов колеблется от 5 до 50 м2/г.

В свежем катализаторе никель находится в виде окислов. Катализатором же ускоряющим реакции конверсии метана, является металлический никель. Поэтом, перед началом процесса конверсии катализатор необходимо восстановить газом, содержащим водород NiO + H2 = Ni + H2O. Катализатор восстанавливается водородом полностью при температуре 300 — 400°С в течение 2—4 ч. При отсутствии водорода катализатор можно также восстановить рабочей смесью (метан и водяной пар или метан, водяной пар и кислород) при 750 — 850°С.

Для паровой, пароуглекислотной, паровоздушной конверсии газообразных углеводородов с целью получения технического водорода и различных технологических газов используются катализаторы марок ГИАП.

Катализаторы конверсии метана ГИАП-8, ГИАП-25, ГИАП-36Н применяются для воздушной конверсии газообразных углеводородов в эндотермических генераторах контролируемых атмосфер при температурах 1030-1050 °С. Могут применяться также для воздушной конверсии сжиженных газов (пропан и пропанобутановой фракции) в тех же целях. Используются также в различных отраслях машиностроительной промышленности, где контролируемые атмосферы используются для термообработки металлических изделий и деталей машин.

1. Дайте характеристику значения катализа в переработке углеводородного сырья?
2. Назовите основные каталитические процессы переработки нефти?
3. Какое значение имеет катализ и катализаторы при нефтехимических синтезах?
4. Дайте характеристику гомогенного катализа?
5. Дайте характеристику гетерогенного катализа при переработке углеводородного сырья?
6. Назовите основные методы проведения каталитических реакций с использованием гетерогенного катализатора?
7. Охарактеризуйте периодический способ проведения каталитических реакций?
8. Дайте характеристику автоклавам периодического действия?
9. Охарактеризуйте методы непрерывного проведения реакции на стационарном катализаторе?
10. Какое соотношение диаметра реактора и диаметра частиц катализатора, с чем это связано?
11. Охарактеризуйте метод проведения каталитической реакции в псевдоожиженном слое?
12. Какие виды гетерогенных катализаторов используются в промышленности?
13. Охарактеризуйте сплавные металлические катализаторы?
14. Как готовятся черни металлов платиновой группы?
15. Как готовятся скелетные металлические катализаторы?
16. Назовите методы приготовления нанесенных катализаторов?
17. Охарактеризуйте метод приготовления нанесенных катализаторов пропиткой по влагоемкости носителя?
18. Как готовятся нанесенные катализаторы адсорбционным методом?
19. Как готовятся нанесенные катализаторы коллоидальным методом?
20. Как готовятся катализаторы методом со осаждения?
21. Какие характеристики катализаторов нужно определить для его аттестации?
22. На основе какой изотермы метод определения удельной поверхности катализаторов?
23. Адсорбцией каких газов определяется общая и металлическая поверхности нанесенных катализаторов?
24. Как используется метод рентгенофазового анализа (РФА) для исследования катализаторов?
25. Как используется метод электронной микроскопии для исследования катализаторов?
26. Чем отличаются растровая электронная микроскопия РЭМ от проникающей электронной микроскопии ПЭМ и сканирующей электронной микроскопии СЭМ?
27. На чем основан метод термодесорбции при исследовании катализаторов?
28. Охарактеризуйте значение адсорбции и хемосорбции в гетерогенном катализе?
29. В чем суть каталитического действия переходных d-металлов?
30. Назовите основные типы катализаторов крекинга, на чем основан принцип их действия?
31. В чем суть (феномен) цеолита, как твердой кислоты при крекинге?
32. Дайте характеристику использования цеолита, как катализатора крекинга?
33. Назовите основные свойства карбониевого иона, как промежуточного продукта крекинга?
34. В чем суть регенерации катализатора крекинга?
35. Дайте технологическую схему проведения крекинга и регенерации в непрерывном режиме, срок службы цеолита?
36. В чем суть риформинга прямогонного бензина?
37. Что такое октановое число в чем его физическая сущность?
38. Какие реакции протекают при риформинг процессе?
39. Какие катализаторы используются при риформинге?
40. Приведите технологическую схему риформинг процесса?
41. Что такое гидроочистка углеводородного сырья?
42. Дайте характеристику биметаллическим катализаторам гидрообессеривания?
43. Как работают металлические пары Co – Mo и Ni – W для предотвращения отравления серой?
44. Как действует активный центр катализатора при гидрообессеривании, дайте понтяие о механизме анионной вакансии?
45. Приведите технологическую схему очистки от серы дизельного топлива?
46. Как проводят депарафинизацию дизельного и авиационного топлива, какие требования к зимнему дизелю и сорту «Арктика»?
47. Охарактеризуйте базовые смазочные масла: минеральные и синтетические?
48. Какие существуют гидрогенизационные процессы при получении базовых масел?
49. Охарактеризуйте процессы окислительного дегидрирования предельных углеводородов?
50. Охарактеризуйте процессы дегидрирования углеводородов в восстановительной среде?
51. На каких катализаторах можно получить олефин и водород дегидрированием алканов?
52. Охарактеризуйте неравновесную термодинамику, основные принципы, лежащие в ее основе?
53. В чем суть научной школы Д.В.Сокольского по катализу?
54. Какие модельные вещества были выбраны Д.В.Сокольским?
55. В чем суть потенциометрического метода исследования катализаторов в ходе реакции?
56. В чем суть кондуктометрического исследования катализаторов, вошедшего в учебники как эффект Сокольского?
57. В каких направлениях нашло дальнейшее развитие научной школы Д.В.Сокольского?
58. Как катализаторы помогают решать проблемы очистки выхлопных газов автотранспорта?
59. Охарактеризуйте значение сорбентов для решения проблемы очистки питьевой воды?
60. Значение катализаторов в процессах получения синтез-газа из углеродсодержащего сырья?